DE2952274A1 - Ein statischer frequenzwandler - Google Patents

Description

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BBC Aktiengesellschaft Br ο wn, Boveri & Cie. Baden Ein statischer Frequenzwandler

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Die Erfindung betrifft einen natürlich schaltbaren statischen Frequenzwandler, der hauptsächlich zur Speisung eines Synchronmotors verwendet wird und einen periodischen Kehrphasenwandler mit den dazugehörigen Regelkreis umfaßt, wobei dieser periodische Mehrphasenwandler n_ periodische Einphasenv/andler umfaßt, deren jeder zwei invertierte G-raetz-Erücken enthält und bei denen sowohl die Eingänge als auch die Ausgänge miteinander verbunden sind und einer der Ausgänge jedes periodischen Einphasenwandlers an einen neutralen Punkt angeschlossen ist.

Statische Frequenzwandler mit natürlicher Umschaltung bieten, wie schon ihr Name besagt, den Vorteil, für die Löschung ihrer (z.B. Thyristor-) gesteuerten Ealbleiterelemente keine Fremdschaltungskreise zu benötigen, die den 'Yandler komplizieren und seine Funktion verlangsamen. Die Spannungsumkehr an den Thyristorklemmen besorgt die Löschung. Um diese Löschungsvoraussetzungen zu erfüllen, ist es nötig, daß z.B. der vom '«/andler gespeiste Motor mit einem vorauseilenden cos *φ arbeitet (die Phase des Stroms eilt derjenigen der Spannung voraus) und daß die Spannung einen genügend hohen Wert besitzt.

Grundsätzlich gibt es zwei Typen statischer Frequenzwandler, nämlich die vVechselstrom-Gleichstrom-V/echselstromumsetzer und die periodischen Umsetzer.

Eine natürlich geschaltete, dreiphasige Gleichrichter-V.^rechselrichtereinheit, die einen Synchronmotor speist, arbeitet durchaus zufriedenstellend, wenn die

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Motordrehzahl genügend hoch ist, wobei jedoch die natürliche Umschaltung bei geringen Drehzahlen mit Einblick auf die ungenügende Spannungshöhe nicht Platz greift. Für diesen Pail besteht die Notwendigkeit den Strom zeitweise über den Gleichrichter abzuschalten, wenn die vom Strom der Y/echselrichteramplitude durchflossene Thyristorenkombination modifiziert werden soll. Das Ergebnis ist ein Drehmoment, dessen Y/ert zeitlich schwankt und dessen mittlerer V/ert im Vergleich zu dem üblicherweise benötigten liaximaldrehrr.cment herabgemindert ist.

Demgegenüber funktioniert ein periodischer Y.'andler bei niedrigen Drehzahlen korrekt, erfordert jedoch eine Eingangsfrequenz, die um das Drei- bis Vierfache über der Motorfrequenz liegt. Diese Einschränkung kann unangenehm und sogar prohibitiv v/erden, wenn die Kotorfrequenz hoch liegt.

Die Erfindung hat es sich daher zur Aufgabe gestellt, einen statischen Frequenzwandler der erwähnten Art bereitzustellen, der die Vorteile der Gleichrichter-Wechselrichtereinheit und des periodischen V/andlers ohne deren Nachteile bietet.

Zur Lösung dieser Aμfgabe ist der statische Frequenzwandler der Erfindung dadurch gekennzeichnet, daß er u.a. zumindest eine Selbstinduktivität, zumindest einen Regelkreis für die natürliche Umschaltung der Gleichrichter-V/echselrichtereinheit und eine Schaltvorrichtung umfaßt, welche die Auftrennung der Eingänge der beiden Graetz-Brücken zumindest eines der periodischen, einphasigen Wandler sowie der Ausgänge dieser Brücken,

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soweit sie nicht an den neutralen Punkt angeschlossen sind, besorgt, und welche die Einfügung dieser Selbstinduktivität zwischen den aufgetrennten Ausgängen der Graetz-Brücken und den Austausch des Regelkreises für den periodischen Wandler durch den erwähnten natürlich geschalteten Regelkreis der Gleichrichter-V'echselrichtereinheit gestattet, um zumindest einen natürlich schaltbaren Gleichrichter-'.Yechselrichter zu erhalten, wobei diese Schaltvorrichtung den Ersatz der Ausgänge des mehrphasigen periodischen Y/andlers durch die Ausgänge zumindest eines der auf diese Weise erhaltenen Gleichrichter-Wechsslrichtereinheiten ermöglicht.

Mit Hilfe einer derartigen Anordnung gelingt es, den statischen Frequenzwandler für die niedrigen Drehzahlen des Synchronmotors als periodischen "/'analer und für die höheren Drehzahlen des Synchronmotors als Gleichrichter-Wechselrichtereinheit arbeiten zu lassen.

Y/eitere Einzelheiten und Vorteile der vorliegenden Erfindung gehen aus nachfolgender Beschreibung hervor, die mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen verstanden werden soll:

Figur 1 ist eine schematische Darstellung einer Gleichrichter-Wechselrichtereinheit;

Figur 2 zeigt einen bekannten periodischen Wandler in schematischer Darstellung.

Figur 3 zeigt den statischen Frequenzwandler der Erfindung in schematischer Darstellung.

Figur 4 zeigt den Kombinationsschalter, der verwendet wird, um den statischen Frequenzwandler der Erfindung zu verwirklichen.

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Figur 5 ist eine perspektivische Darstellung, die eine konkrete Verwirklichung des statischen Frequenzwandlers der Erfindung zeigt.

Figur 6 ist eine Draufsicht auf den V/andler in Richtung des Pfeiles F der Figur 5, wobei gewisse Einzelheiten v/eggelassen wurden.

Figur 7 zeigt die erste V/andlerzelle der Figur 5 im Querschnitt.

Figur 8 zeigt die zweite Wandlerzelle der Figur 5 id Querschnitt, wobei gewisse Einzelheiten weggelassen wurden.

Die natürlich geschaltete Gleichrichter-'.'/echselrichtereinheit der Figur 1 umfaßt drei Eingänge a_, b_ und .c, die an ein hier nicht dargestelltes Dreiphasennetz angeschlossen sind und eine Graetz-Gleichrichterbrücke 11 speisen. Der gleichgerichtete Strom wird über eine Selbstinduktivität 12 gefiltert und der Graetz-Inversionsbrücke 13 zugeführt, deren Ausgänge el, e_ und f_ mit einem hier nicht dargestellten synchronen Dreiphaseninotor verbunden sind. Ein hier ebenfalls nicht dargestellter Regelkreis ist an die Steuerelektroden G der gesteuerten Halbleiterelemente (z.B. Thyristoren) der beiden Graetz-Brücken 11 und 13 angeschlossen, um deren Zündung auf bekannte Weise zu steuern.

Figur 2 zeigt einen periodischen Dreiphasenwandler, der drei periodische Einphasenwandler A, B und C umfaßt, die von drei unabhängigen Dreiphasennetzen (a-,, b,, c·,), (ap» bp, Cp) und (a-, b^, c,) gespeist werden. Jeder dieser periodischen Einphasenwandler A, B und C

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unfaßt zwei Graetz-Brücken HA und 13A, HB und 13B und HC und 13C

Die von der Graetz-Brücke HA gesteuerten Halbleiterelenente sind gegenüber denjenigen der C-raetz-Brücke I5A invertiert. Die Eingänge IA, 2A und 3A der Brücke HA sind mit den Eingängen 4A, 5A und 6A der Brücke 13A verbunden. Ebenso sind die Ausgänge 7A und 8A der Brücke HA mit den Ausgängen 9A und 1OA der Brücke 13A verbunden. Die Ausgänge 7A und SA bilden einen ersten Ausgang I4A V-5S periodischen Einphasenwandlers A, während die Ausgänge 8A und 1OA den zweiten Ausgang des periodischen Wandlers A bilden, der an den neutralen Punkt 15 angeschlossen ist, wobei letzterer den drei periodischen Einphasenwandlern A, B und C gemeinsam zur Verfügung steht.

Die Bestandteile der beiden anderen periodischen Einphasenwandler B und C, die mit denjenigen des periodischen Einphasenwandlers A identisch sind, wurden mit denselben Bezugsziffern versehen, denen die Buchstaben B und C beigegeben wurden, und sind identisch geschaltet. Ein Regelkreis des hier nicht gezeigten periodischen Mehrphasenwandlers ist an die Steuerelektroden G der gesteuerten Halbleiterelemente (z.B. Thyristoren) jedes der crei periodischen Einphasenwandler A, B und C angeschlossen, um deren Zündung derart herbeizuführen, daß an den Ausgängen 14A, 14B und 14C eine ausgeglichene Dreiphasenspannung erhalten wird.

In Figur 3 ist ein erfindungsgemäßer, natürlich geschalteter statischer Frequenzwandler dargestellt. Sr umfaßt einen periodischen Dreiphasenwandler, der mit dem in

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Fi^ur 2 gezeigten V/andler identisch ist (wobei ähnliche Elemente mit denselben Bezugsziffern versehen wurden), der aber noch eine Schaltvorrichtung 16 mit mehreren beweglichen Kontakten SlA bis S4A, SlB bis S4B, SlC bis S4C und S5 umfaßt, die sämtlich mechanisch miteinander gekuppelt sind. Die beweglichen Kontakte S2, S3 und S4 gestatten die Abschaltung der Eingänge 1 und 4, 2 und 5, 3 und 6 der beiden Crraetz-Brücken 11 und 13 jedes periodischen Eijiphasenwandlers. Jeder bewegliche Kontakt Sl gestattet die Abschaltung der Ausgänge 7 und 9 der beiden Graetz-Brücken 11 und 13 jedes periodischen Einphasenwandiers sowie die Einfügung einer Selbstinduktivität zwischen die aufgetrennten Ausgänge 7 und 9» wobei die Induktivität mit der Bezugsziffer 12 in Verbindung mit den Euchstaben A, B oder C je nachdem, zu welchem periodischen Einphasenwandler sie gehört, versehen ist. Der bewegliche Kontalct S5 gestattet den Einsatz zumindest eines Regelkreises der natürlich geschalteten Gleichrichter-V/echselrichtereinheit 18 anstelle des Regelkreises des natürlich geschalteten periodischen Händlers 17. Obwohl S5 in -Figur 3 nur in Form eines einzigen beweglichen Kontaktes S5 dargestellt ist und obwohl die Leitungen 19, 20 und 21 lediglich in einadriger Form gezeigt wurden, ist es klar, daß die Leitungen 19, 20 und 21 in Ti'irklichkeit eine Mehrheit von Leitern umfassen und daß eine entsprechende Anzahl beweglicher Kontakte S5 vorzusehen ist, damit die Steuerelektroden G der Thyristoren in bekannter Weise gesteuert werden können. V7enn die beweglichen Kontakte SlA bis S4A, SlB

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bis S43 und SlC bis S4C schließen und der bewegliche Kontakt S5 die Verbindung zwischen den Leitungen 19 und 21 hergestellt hat, erhält man einen periodischen Dreiphasen\vandler, dessen Ausgänge mit den Bezugsziffern 14A, 14-3 und 14C bezeichnet sind. Sind dagegen die beweglichen Kontakte SlA bis S4A, SIE bis S4B und SlC bis S4C geöffnet und stellt der bewegliche Kontakt S5 die Verbindung zwischen den Leitungen 20 und 21 her, erhält man eine dreiphasige Gleichrichter-7/echselrichtereinheit, deren Ausgänge mit d, , e-, , f-, ; d~, en, fp bzw. d.,, e., und f, bezeichnet sind. Dabei können entv/eder nur eine, beliebige zwei oder alle drei Gleichrichter-V/echselrichtereinheiten herangezogen v/erden. Es wird darauf hingewiesen, daß zum Zweck des Anschlusses der Last, z.B. eines dreiphasigen Synchronmotors, entv/eder an die drei Ausgänge 14A, 14B und 14C des periodischen Dreiphasenv/andlers oder an die drei Ausgänge d_, e_ und _f einer einzigen Gleichrichter-'.Yechselrichtereinheit, beliebiger zwei solcher Einheiten oder an alle drei Einheiten die Schaltvorrichtung 16 auch noch v/eitere bewegliche Kontakte enthält, die in Figur 3 nicht dargestellt sind, und eine Wahl der benötigten Verbindungen ermöglichen. So können z.B. die zusätzlichen beweglichen Kontakte betätigt 'werden, um anstelle der Ausgänge 14A, 14B und 14C die Ausgänge di, ej und f, oder die Ausgänge d, und dp parallelgeschaltet, e-, und βρ parallelgeschaltet und f, und fp parallelgeschaltet oder aber die Ausgänge d, , dp und d, parallelgeschaltet, e^, e₂, e^ parallelgeschaltet und ^, f₂ und f, parallelgeschaltet zu verwenden.

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Da hier Kombinationen in großer Zahl möglich sind, wurden die zusätzlichen beweglichen Kontakte der ichaltverrichtung, soweit sie zu den Ausgängen gehören, in Figur 3 nicht dargestellt.

Die Leistung einer dreiphasigen Gleichrichter-Wechselrichtereinheit ist mit derjenigen eines periodischen Dreiphasenwandlers vergleichbar, der Thyristoren derselben Nennleistung verwendet wie diejenigen, die zur Slidung einer Gleichrichter-Wechselrichtereinheit verwendet werden. Soll der statische Frequenzwandler der Erfindung, wenn er als Gleichrichter-Wechselrichtereinheit arbeitet, eine last (Synchronmotor) mit einer Leistung antreiben, die über die von der als periodischer Wandler arbeitendenVorrichtung gelieferten Leistung hinausgeht, genügt es, die Ausgänge von mindestens zwei der drei Gleichrichter-Wechselrichtereinheiten parallel zu schalten, falls diese Einheiten auf der Easis von drei periodischen Einphasenwandlern gebildet werden. Bezüglich der drei Gleichrichter-Wechselrichtereinheiten existieren drei Möglichkeiten, zwei dieser Gleichrichter-Wechselrichtereinheiten zu kombinieren. Die Möglichkeit, drei Gleichrichter-Wechselrichterpaare zu realisieren, ergibt somit eine erhebliche Redundanz, falls eine der Gleichrichter-Wechselrichtereinheiten eine Panne erleidet; schon hieraus wird die Wichtigkeit einer Kombinationsvorrichtung ersichtlich, die eine Selektivverbindung paarweiser Ausgänge von je zwei der drei Gleichrichter-Wechselrichtereinheiten gestattet derart, daö die drei möglichen Kombinationen und außerdem der periodische

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Dreiphasenwandler gebildet werden können.

In Figur 4 ist eine derartige Kombinationsvorrichtung schematise)! dargestellt. Schaltvorgänge, die den Übergang vom periodischen Dreiphasenwandler auf ein beliebiges der drei Gleichrichter-V/echselrichterpaare oder von einem Gleichrichter-V/echselrichterpaar auf ein anderes gestattet,könner.im Leerlaufzustand stattfinden, wc~~i die Thyristoren zeitweilig gelöscht sind. Eine einfache Kombinationsvorrichtung läßt sich auch dadurch realisieren, daß Schleifkontakte auf stromführenden Kontaktflächen gleiten, die galvanisch an die Leiter angeschlossen sind, mit denen die Thyristoren der Graetz-Brücken 11 und 13 elektrisch verbunden sir.d. In Pigur sind die stromführenden Kontaktflächen durch weiße Rechtecke dargestellt, während die gleitenden Schleifkontakte in Form von schraffierten Rechtecken erscheinen. Der Einfachheit halber wurden die gleitenden Kontaktflächen durch dieselben Bezugszeichen gekennzeichnet wie die Leiter der Pigur 3, an die sie galvanisch angeschlossen sind.

V/ie aus Pigur 4 ersichtlich, sind drei große Schleifkontakte S6A, S6B und S6C vorhanden, d.h. einer für jede Ausgangsphase. Sie bilden die drei Ausgänge des statischen Prequenzwandlers. Die drei Schleifkontakte S6A bis S6C sind elektrisch voneinander isoliert, jedoch mechanisch miteinander gekuppelt, so daß sie gleichzeitig in Richtung des Doppelpfeils!! bewegt werden können. Mit jedem der drei großen Schleifkontakte S6A bis S6C stehen vier kleine Schleifkontakte in Verbindung,

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wobei letztere mechanisch mit dem entsprechenden großen Schleifkontakt gekuppelt sind und zusammen mit diesem bewegt werden können. Die so erhaltenen zv/ölf kleinen Schleifkontakte entsprechen den beweglichen Kontakten SlA bis S4-A, SIE bis S43 und SlC bis S4C der Figur 3 und sind lit denselben Bezugszeichen versehen. Mit Ausnahme des Kontaktes S5 sind die beweglichen Kontakte der Figur 3 als Schließer ausgeführt.

In der Stellung £ stellt der Schleifkontakt S6A eine elektrische Verbindung zwischen den stromführenden Flächen 4A und 4B (Ausgänge d-, und dp der Figur 3) her, der Schleifkontakt S6B eine elektrische Verbindung der leitenden Flächen 5A und 5B (Ausgänge e-, und e~ der Figur 5) und der Schleifkontakt S6C eine elektrische Verbindung der leitenden Flächen 6A und 6B (Ausgänge f-, und f„ der Figur 3). Auf diese V/eise läßt sich das Gleichrichter-Wechselrichterpaar A und B erhalten. In der Stellung h erhält man das Gleichrichter-V/echselrichterpaar B und C. Ähnlich erhält man in Position \_ das Gleichrichter-'iVechselrichterpaar A und C. Schließlich besteht in der lage J_- Kontakt zwischen den Schleifkontakten S6A, S6B und S6C und den leitenden Flächen 9A, 9B und 9C (Ausgänge 14A, I43 und 14c der Figur 3) und die zv/ölf kleinen Schleifkontakte S2A, S2B, S2C, SlA, S3A, S3B, S3C, SlB, S4A, S43, S4C und SlC stellen leitende Verbindungen zwischen den stromführenden Flächen IA und 4A, IB und 4B, IC und 4C, 7A und 9A, 2A und 5A, 2B und 5B, 2C und 5C, 7B und 9B, 3A und 6A, 3B und 6B, 3C und 6C sov/ie 7C und 9C her und schließen so die Kontakte der Figur 3. Auf diese

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Y/eise wird der periodische Dreiphasenwandler erhalten.

Unter Bezugnahme auf die Zeichnungen der Figuren 5 und 8 soll jetzt eine Ausführungsform eines erfindungsgeniäßen statischen Frequenzwandler beschrieben werden, der äußerst kompakt ist und die Kombinationsvorrichtung der Figur 4 einschließt.

V/ie aus Figur 5 ersichtlich wird, umfaßt der Frequenzwandler eine Reihe von sechs im wesentlichen zylinderföririgen Zellen, die axial ausgerichtet sind und jeweils den sechs Graetz-Brücken HA, 13A, HB, 133, HC und 13C der Figur 3 entsprechen. Diese sechs Zellen sind alle identischer Bauart. Wie beispielsweise aus Figuren 5 und 7 hervorgeht, umfaßt die Zelle, die der Graetz-Brücke HA entspricht, eine Anzahl hohler, mehrrohriger Elemente aus leitendem Material, beispielsweise ein zentrales Hohlelement 8A sechseckigen Querschnitts, das dem leiter. 8A der Figur 3 entspricht, drei Hohlelenente IA, 2A und 3A, die jeweils den drei mit denselben Bezugszeichen versehenen Leitern der Figur 3 entsprechen und voneinander über drei Isolierplatten 17 isoliert und in Umfangsrichtung derart angeordnet sind, daß sie einen ersten, das zentrale Hohlelement 8A umgebenden Ring bilden, und drei Hohleleinente 7Al, 7A2 und 7A3, die durch die drei Platten 18 getrennt und in Umfangsrichtung angeord-.net sind, um einen zweiten, den ersten Ring umgebenden Ring zu bilden. Die drei äußeren Elemente 7Al, 7A2 und 7A3 sind elektrisch über ein hier nicht dargestelltes Glied miteinander verbunden, um den Leiter 7A der Figur 3 zu bilden. Die Innenräume der stromführenden Hohlele-

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mente 8A, IA, 2A, 3A, 7Al, 7A2 und 7A3 sind durch verschiedene interne Wände unterteilt, beispielsweise in radialer und Umfangsrichtung, die zusammen eine Vielheit kleiner Kanäle bilden, welche sich axial durch die Zelle hindurch erstrecken und von einem Kühlmittel durchflossen sein können. Die sechs Thyristoren 19 der Graetz-Brücke HA sind laut Figur 7 in den Räumen zwischen dem Zentralelement 8A und dem ersten, von den Hohlelementen IA, 2k und 3A gebildeten Ring sowie zwischen den ersten Ring und dem zweiten , von den Hohlelenenten 7Al, 7A3 gebildeten Ring angeordnet. Die Leiter für die Steuerelektroden G der Thyristoren 19 sind durch radiale, in den Platten 17 und 18 vorhandenen Passagen herausgeführt. Die Thyristoren 19 arbeiten mit Druckkontakt. Ein Klemmring 20 (Figur 5 zeigt nur einen dieser Ringe) stellt die Kohäsion der hohlen leitfähigen Elemente der Zelle her, und sorgt für elektrischen Druckkontakt zwischen dem Thyristor 19 und den dazugehörigen leitenden Hohlelementen. Wie Figur 7 zeigt, ist jeder der Klemmringe 20 mit drei radialen Klemmschrauben 21 versehen, welche die Einwirkung über kalibrierte Federn (z.B. Federscheiben 22) der Kraft ermöglichen, die zur Sicherung eines guten elektrischen Kontaktes zwischen den Thyristoren 19 und den dazugehörigen leitenden Hohlelementen notwendig ist. Die sechs Thyristoren 19 sind in drei Paaren angeordnet, wobei jedes dieser Paare mit der Achse der Schraube 21 derart ausgerichtet ist, daS die Kontaktflächen der beiden Thyristoren jedes Paares senkrecht zur Achse der Schraube 21 stehen. Wenn sämtliche Elemente des Klemmrings 20

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aus leitfähigem Material bestehen, so kann der Klemmring 20 auch, dazu dienen, die elektrische Verbindung zwischen den äußeren hohlen Leitern, z.B. den Elementen 7Al, 7A2 und 7A3 der Figur 7 herzustellen.

In einem Teil jedes der drei äußeren, hohlen Leiterelemente 7Al, 7A2 und 7A3 befindet sich eine Kammer 23· Die Kammern 23 sind nach innen hin offen, und zwar in Richtung auf die Außenflächen der hohlen Leiterelementa IA, 2A und 3A. V/ie aus Figur 7 ersichtlich wird, umfaßt jede Kammer 23 einen zweifachen Schleifkontakt, der aus zwei Schleifkontakten gebildet wird, die jeweils als innerer und äußerer Schleifkontakt fungieren, elektrisch voneinander isoliert sind und derart Rücken-an-Rücken angeordnet sind, daß sie einen Gleitkontakt bilden, und zwar einer mit der Außenfläche des hohlen Leiterlementes IA, 2A oder 3A und der andere mit der Innenfläche des hohlen Leiterelementes 7Al, 7A2 oder 7A3. Die äußeren Schleifkontakte bilden denjenigen Teil des Schleifkontaktes SlA der Figur 4, der mit der leitenden Fläche 7A in Berührung steht, während die inneren Schleifkontakte jeweils Teile der Schleifkontakte S2A, S3A und S4A der Figur 4 bilden, .die mit den leitenden Flächen IA, 2A bzw. 3A in Berührung stehen.

Figur 8 zeigt im Querschnitt die Zelle, die der Graetz-Brücke 13A der Figur 3 entspricht. Wie man sieht, ist der Aufbau dieser Zelle ähnlich demjenigen der Zelle, die der Graetz-Brücke HA (Figur 7) entspricht. Der Klemmring 20 wurde jedoch in Figur 8 v/eggelassen. In dieser Zeichnung entspricht das zentrale, hohle Leiter-

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element dem Leiter 1OA der Figur 3, die drei hohlen, den srsten Ring bildenden Leiterelemente entsprechen den leitern 4A, 5A und 6A der Figur 3 und die drei äußeren hohlen leiterelemente 9Al, 9A2 und 9A3 bilden den zweiten Ring, der dem leiter 9A der Figur 3 entspricht. Jede der Kanmsrn 23 umfaßt einen Doppelschleifkontakt ähnlich denjenigen der Figur 7, und außerdem einen Einzelschleifkontakt, der lediglich auf der Außenfläche der hohlen leizerelemente 4A, 5A oder 6A gleitet. Die äußeren Schleifkontakte der drei Doppelschleifkontakte bilden den restlichen Teil des Schleifkontaktes SlA der Figur 4, der den Kontakt mit der leitenden Fläche 9A herstellen soll; sie sind elektrisch mit den äußeren Schleifkontakten der drei Doppelschleifkontakte der Figur 7 verbunden. Ss wird darauf hingewiesen, daß eine Redundanz von äußeren Schleifkontakten besteht, die den Schleifkontakt SlA der Figur 4 bilden können. In V/irklichkeit genügt es, lediglich einen einzigen Außenschleifkontakt in einer der drei Kammern 23 der Figur 3 vorzusehen sowie einen einzigen Außenschleifkontakt in einer der drei Kammern 23 der Figur 8. Die inneren Schleifkontakte der drei Doppelschleifkontakte der Figur 8 bilden den restlichen Teil der Schleifkontakte S2A, S3A und S4A der Figur 4, die Kontakt mit den ihnen entsprechenden leitenden Flächen 4A, 5A und 6A herstellen sollen; sie sind elektrisch mit den dieselben Bezugszeichen tragenden inneren Schleifkontakten der drei Doppelschleifkontakte der Figur 7 verbunden. Die drei Einzelschleifkontakte bilden diejenigen Teile der drei großen Schleifkontakte S6A, S6B und S6C

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der Figur 4, die den Kontakt mit den leitenden Flächen 4A, 5A und 6A herstellen sollen.

Die den Graetz-Brücken HB und HC entsprechenden Zellen haben denselben Aufbau wie die Zelle der Grae':z-3rücke HA in Figur 7, mit dem Unterschied, daß die mit dem Buchstaben A versehenen Bezugszeichen hier mit den Buchstaben B oder C versehen sind, je nachdem, ob die Graetz-Brücke HB oder HC betroffen ist. Ebenso haben die den Graetz-Brücken 13B und 13C entsprechenden Zellen denselben Aufbau wie die Zelle der Graetz-Brücke 13A in Figur 8, wiederum mit dem Unterschied, daß die mit dem Buchstaben A versehenen Bezugszeichen hier mit dem Buchstaben B bzw. C zu versehen sind, je nachdem, ob Graetz-Brücke 13B oder 13C betroffen ist, mit Ausnahme der Einzelschleifkontakte, die den restlichen Teil der großen Schleifkontakte S6A, S6B und S6C bilden und elektrisch mit den Sinzelschleiflcontakten verbunden sind, die dieselben Bezugszeichen wie die Zelle der Greatz-Brücke 13A tragen.

Es sei bemerkt, daß im strengen Einklang mit der Zeichnung der Figur 4 die Einzelschleifkontakte der Zellen der Graetz-Brücken 13A, 13B und 13C eigentlich aus Doppelschleifkontakten bestehen müßten, deren äußere Schleifkontakte elektrisch mit den Innenschleifkontakten verbunden sind und mit der peripheren Innenfläche der hohlen Leiterelemente 9A, 9B und 30 in Berührung stehen. Es besteht jedoch die Möglichkeit, ohne doppelte Schleifkontakte auszukommen und stattdessen Einzelschleifkontakte zu verwenden, wie bereits beschrieben wurde, indem

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elektrische Verbindungen zwischen den Schleifkontakten SiA und S6A, SlB und S63 sowie SiC und S6C hergestellt werden. In der Zeichnung der Figur 4 würde dies bedeuten, daß die leitenden Flächen 24, 25 und 26 v/eggelassen und die oben erv/ähnten elektrischen Verbindungen zwi-

xien den Schleifkontakten SlA und Ξ6Α, SlB und 36B und SlC und SoC hergestellt v/erden. Ebenso könnten in der Zeichnung der Figur '4 die kleinen Schleifkontakte SlA, S13 u.'.d SlC und die leitenden Flächen 24, 25 und 26 weggelassen und in diesem Fall die leitenden Flächen 27 und 28, 29 und 30 sowie 31 und 32 um einen Schritt nach links in die Stellung gebracht werden, die durch strichpunktierte Linien angedeutet ist derart, daß in der Position j_ Kontakt zwischen den drei großen Schleifkontakten S6A, S6B und S6C und Paaren von leitenden Flächen 27 und 28, 29 und 30 bzw. 31 und 32 hergestellt wird. In diesem Falle können die Doppelschleifkontakte der Figuren 7 und 8 durch Einzelschleifkontakte ersetzt werden, die lediglich innere Schleifkontakte aufweisen, während die Sinzelschleifkontakte der Figuren 7 und 8 durch Doppelsclileifkontakte ersetzt werden können, deren äußere Schleifkontakte eine elektrische Verbindung zwischen den leitenden Flächen 7A und 9A, 7B und 9B sowie 7C und 9C gestatten, wenn die Schleifkontakte S6A, S6B und S6C sich in der Position j_ befinden. Hieraus geht klar hervor, daß die Anordnung der Schleifkontakte, wie sie in Figuren 7 und 8 gezeigt ist, keineswegs die einzig mögliche Anordnung darstellt, und da3 andere Anordnungen in Betracht gezogen v/erden können, ohne hierdurch vom Rahmen

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der Erfindung abzuweichen.

Y/ie besonders aus den Figuren 5 und 8 hervorgeht, sind die Ausgänge der Schleifkontakte durch Schlitze 33 herausgeführt, die in der peripheren Außenfläche der leitenden Holilelemente vorgesehen sind, die den zweiten oder äußrer. Ring der Zellen bilden und sich in Umfangsrichtung über einen vorgegebenen Y/inkel erstrecken. Die Ausgänge der Schleifkontakte sind mechanisch an den Ringen 34 befestigt. Die Ringe 34 bestehen vorzugsweise aus Isoliermaterial, können jedoch auch aus leitendem Material hergestellt werden, vorausgesetzt, daß die Ausgänge der Schleifkontakte gegenüber den Ringen isoliert sind. Die elektrische Verbindung zwischen den Schleifkontakten benachbarter Zellen kann auf entsprechende Y/eise auf dem Niveau der Ringe 34 hergestellt werden. Die Ringe 34 ermöglichen die gleichzeitige Bewegung der den drei Ausgangsphasen entsprochenden Schleifkontakte. Zu diesem Zweck kann jeder einzelne der Ringe 34 mechanisch mit einer hier nicht dargestellten, geeigneten Steuervorrichtung verbunden sein, die eine Schwenkung des Ringaggregats 34 um die Längsachse der Zellen ermöglicht.

Bei Anordnung der Schleifkontakte gemäß Figuren 7 und 8 werden die leitenden Flächen 27 bis 32 der Figur 4 von den peripheren Innenflächen der leitenden Kohlelemente gebildet, die den zweiten oder äußeren Zellenring bilden, während die anderen leitenden Flächen der Figur 4 (mi'c Ausnahme der Flächen 24 bis 26, die weggelassen v/erden können, wenn die Schleifkontakte SlA, SlB und SlC elektrisch mit den Schleifkontakten S6A, S6B und S6C

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verbundr;n v/erden) aus den peripheren Außenflächen der leitenden Hohleleinente bestehen, die den ersten bzw. dazwischen liegenden Zellenring bilden. Die leitenden Flächen, die mit den Schleifkontakten S6A, S2A, S2B, S2C und SlA zusammenarbeiten sollen, sind in entsprechenden 7/inkellagen. g_, h, i_ und j_ angeordnet, entsprechend einer Anordnung, die mit derjenigen der Figur 4 übereinstimmt, mit dem einzigen Unterschied, daß die Schleifkontakte SlA und 32A Rücken-an-Hücken angeordnet sind, und die Paare der leitenden Flächen 27, 28 (7A, 9A) der Figur 4 gegenüber dem Paar leitender Flächen IA, 4A. Die leitenden Flächen, die nit dan Schleifkontakten S6B, S3A, S3B, S3G und SlB zusammenarbeiten sollen, sind auf ähnliche Weise über Vfinkellagen verteilt, die gegenüber den vorhergehenden leitenden Flächen um 120° versetzt sind. Ebenso sind die leitenden Flächen, die mit den Schleifkontakten S6C, S4A, S4B, S4C und SlC zusammenarbeiten sollen, auf ähnliche V/eise über Winkellagen verteilt, die gegenüber den zuerst erwähnten leitenden Flächen um 240° versetzt sind. Die leitenden Flächen können auf den peripheren Außen- und Innenflächen der leitenden Hohlelemente in jeder geeigneten V/eise gebildet werden. So kann beispielsweise auf diesen Flächen unter Verwendung einer geeigneten Maske eine Isolierschicht gebildet oder aufgetragen werden derart, daß gewisse Zonen dieser Flächen an den erwünschten Stellen frei bleiben, um als leitende Flächen zu wirken. Ein Belag leitenden Materials kann auf den oben erwähnten freibleibenden Zonen gebildet bzw. aufgebracht werden. Umgekehrt können die

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peripheren Innen- oder Außenflächen die leitenden Hohleleniente, die nicht den erwünschten leitenden Flächen entsprechen, durch (z.B. chemische) Atzung ausgehöhlt werden derart, daß die leitenden Flächen hochstehen und eine Isolierschicht in den geätzten ausgehöhlten Teilen gebildet oder aufgebracht werden kann.

Wie aus Figur 5 ersichtlich, sind die Zellen über Fugen 35 aus Isoliermaterial elektrisch voneinander isoliert, die aufbaunäi2ig die Trennung der leiter 7A und 9A, IA und 4A, 2A und 5A usw. der Figur 3 sicherstellen. Demgemäß müssen die zentralen, hohlen Leiterelemente 8A, 1OA, 3B, 1OB, 8C und IOC sämtlich über eine passende elektrische Verbindung aneinander angeschlossen sein derart, daß der neutrale Punkt 15 der Figur 3 geschaffen wird. Gemäß einer Variante können die oben erwähnten zentralen, hohlen Leiterelemen-ce aus einem einzigen zentralen hohlen Leiterelement einer Länge bestehen, die im wesentlichen gleich der Gesamtlänge der sechs Zellen ist. Die sechs Zellen werden überdies mechanisch über eine axiale Schließvorrichtung zusammengehalten, die beispielsweise zwei hier nicht gezeigte Endplatten umfaßt, die über eine Axialstange 36 verbunden sind, welche durch die Mitte der (des) zentralen, leitenden Kohleleraente (s) hindurchgeführt ist.

Der statische Frequenzwandler der Figur 5 wird von einem Kühlmittel durchflossen, vorzugsweise von einer neutralen oder reduzierenden Flüssigkeit, die in den leitenden Hohlelementen und den von diesen gebildeten ringförmigen Hohlräumen axial umläuft. Zu diesem Zweck können

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die bereits erwähnten Endplatten derart angeordnet sein, um jeweils die Eingangs- und Ausgangssammelkammern für das Kühlmittel zu bilden. Das flüssige Kühlmittel zirkulic-rt auch in den Kammern 23 (Figuren 7 und 8), um die Bürsten zu kühlen, die während des Betriebs vom Strom άό-r Grs.etz-Brücken durchflossen werden. Um eine wirksame Kühlung der Bürsten sicherzustellen, bestehen sie vorzugsweise aus leitenden Drähten. Überdies sind Kittel zur Bildung eines Kühinittelumlaufs in Umfangsrichtung innerhalb der Kammern 23 vorgesehen, aber um zu vermeiden, daß das Kühlmittel hauptsächlich in den Zonen umlauft, die nicht von den Schleifkontakten besetzt sind, ohne die leitenden Drähte der letzteren zu durchlaufen. V.'ie in Figuren 5 bis 8 gezeigt wird, ist jede Kammer zu diesem Zweck an ihren Axialenden jeweils durch Wände 37 und 38 abgeschlossen, die einstückig mit den hohlen äußeren leiterelementen der Zellen gebildet werden, und die Kammer kommuniziert über Öffnungen 39 in den Längswänden mit axial verlaufenden Kanälen 40 und 41, die auch in den äußeren leitenden Hohlelementen der Zellen vorgesehen sind. Die V/ände 37 und 38 können so über Fugen 35 gebildet sein. Die Kanäle 40 sind an einem Ende offen, beispielsweise am Ende 37 der Wand, siehe Figur 5, und sind an ihrem anderen Ende geschlossen. Ebenso sind Kanäle 41 an einem Ende offen, beispielsweise auf der Seite der Endwand 38, und an ihrem anderen Ende geschlossen. Betrachtet man also beispielsweise Figur 7 und nimmt an, daß die Kanäle 40 die Eingangskanäle für das Kühlmittel sind, dringt letzteres durch Öffnungen 39 in die Kammern

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23 ein, läuft in Umfangsrichtung in den Kammern um und passiert gleichzeitig die leitenden Drähte des Schleifkontaktes, um sodann über Öffnungen 39 in die Kanäle 41 vorzudringen, die als Ausgangskanäle fungieren. Ss sei jödoch darauf hingewiesen, daß die jeweilige lage der rir.gi-ngs- und Ausgangskanäle der nachfolgenden Zelle mit Eezug auf die jeweiligen Positionen der Eingangs- und Ausgangskanäle der vorhergehenden Zeile verändert werden cUassn, derart, daß die Eingangskanäle der nachfolgenden Zelle auf die Ausgangskanäle der vorhergehenden Zelle ausgerichtet sind, um den Durchlauf des Kühlmittels von den Ausgangskanälen einer Zelle bis zu den Eingangskanälen der folgenden Zelle zu erleichtern. Es sei darauf hingewiesen, daß die Isolierfugen 35 in geeigneter V/eise ausgeschnitten werden, um die Kühlflüssigkeit von einer Zelle zur nächsten zu ermöglichen. Um Kühlnittelverluste durch die Schlitze 33 nach außen hin zu beschränken, ist jeder Schlitz 33 vorzugsweise mit einer Elastor.erfuge 42 in Form eines Knopflochs mit überlappenden, flexiblen Lippen versehen.

Der in Figur 5 dargestellte statische Frequenzwandler kann von einer hier nicht gezeigten flüssigkeitsdichten Hülle umgeben sein, die selbst vom Kühlmittel durchflossen wird.

Das hier mit Bezugnahme auf Figuren 5 bis 8 beschriebene Ausführungsbeispiel des statischen Frequenzwandlers erweist sich als besonders praktisch, da die äußeren hohlen Leiterelemente der Zellen sich gut für die Anordnung der Kammern 23 für die Bürsten eignet, ohne

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die Ilühlwirkung auf die Thyristoren und die leitenden Kohlalanente selbst zu beeinträchtigen. Außerdem ist diese AusiUhrungsforn besonders vorteilhaft im Hinblick darauf, daß Kehrfache Typen eines statischen Frequenzwandlers erhalten werden können, d.h. Frequenzwandler, die sowohl als natürlich schaltbare periodische V/andler oder aoer als natürlich schaltbare Gleichrichter-'./ech-Sclrichter arbeiten können und sich durch äußert gedrängte Bauart auszeichnen.

Wohlgensrkt beschränkt sich die Erfindung nicht auf die hier beschriebenen Ausführungsbeispiele, und es können zahlreiche Abänderungen in Betracht gezogen v/erden, ohne hierdurch vom Rahmen der Erfindung abzuweichen. Insbesondere kann die Kombinationsvorrichtung der Figur eine oder mehrere zusätzliche Positionen aufweisen, in denen die gewünschte Gleichrichter-V/echselrichtereinheiten A, B und G der Figur 3 erhaltbar sind, oder aber eine zusätzliche Position, in der die Ausgänge der drei Gleichrichter-V/echselrichtereinheiten A, B und C der Figur 3 parallel geschaltet werden können. Im übrigen versteht es sich von selbst, daß die Erfindung ebenso auf einen statischen Frequenzwandler mit einer kleineren oder größeren Anzahl von Phasen anwendbar ist, obwohl die Erfindung hier unter besonderer Bezugnahme auf einen periodischen Dreiphasenwandler beschrieben wurde, der in drei dreiphasige Gleichrichter-Wechselrichtereinheiten unterteilt werden kann.

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Claims (8)

1. PATENTANSPRÜCHE

   ( 1.; Ein natürlich geschalteter statischer Precuenzwandler, insbesondere zur Speisung eines Synchronnoxors, dar einen periodischen Mehrphasenwandler mit des3 3n Steuerkreis umfaßt, wobei dieser Mehrphasenwandler n_ periodische Einphasenwandler umfaßt, deren jeder zwei invertierte Graetz-Brücken enthält, deren Eingänge, ebenso wie ihre Ausgänge, miteinander verbunden sind und einer der Ausgänge jedes periodischen Einphasenwandlers an einen neutralen Punkt angeschlossen ist, dadurch gekennzeichnet, daß er außerdem zumindest eine Selbstinduktivität 12, zumindest einen Steuerkreis für die natürlich geschaltete Gleichrichter-V/echselrichtereinheit 18 und eine Schaltvorrichtung 16 umfaßt, welche die Eingänge 1 und A. 2 und 5, 3 und 6 der beiden Graetz-Brücken 11 und 13 zumindest eines der periodischen Einphasenwandler A, B und C sowie die Ausgänge 7 und 9 dieser Brücken, soweit sie- nicht mit dem neutralen Punkt 15 verbunden sind, auftrennbar macht und die Einfügung der Selbstinduktivität zv/isehen den aufgetrennten Ausgängen 7 und 9 der oben erwähnten Graetz-Brücken ermöglicht und den Einsatz des Stsu-rkreises der natürlich geschalteten Gleichrichter-V/echselrichtereinheit 18 anstelle des Steuerkreises des periodischen Wandlers 17 gestattet derart, daß zumindest eine natürlich geschaltete Gleichrichter-Yfechselrichtereinheit erhalten wird, wobei die Schaltvorrichtung 16 den Eiiisaxz der Ausgänge d_, e_ und f_ zumindest einer der so erhaltenen Gleichrichter-Wechselrichtereinheiten anstelle

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   der Ausgänge 14A, 14B und I4C des periodischen Kehrphase.iv;ancLl3rs ermöglicht.
2. 2. Ein statischer Frequenzwandler genäii Anspruch

   1, bei dem der periodische Mehrphasenwandler drei periodische linphasenv/a/ialer umfaßt, dadurch gekennzeichnet, daß der Steuerkreis 16 derart ausgelegt ist, daß zumindest ein Paar von Gleichrichter-V/echselrichtereinheiten Bx\^p. der Ea^is von den drei periodischen Einphasenwandlern A, B und C erhalten v/erden kann, wcbei die Ausgänge ei, e_, f parallel geschaltet sind.
3. 3. ϊίη statischer Frequenzwandler gemäß Anspruch

   2, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltvorrichtung 16 eine !Combinationsvorrichtung ist, mit deren Hilfe entweder der periodische Kehrphasenwandler oder jedes beliebige Paar A-B, 3-C oder A-C von Gleichrichter-V/echselrichtereinheiten, ausgehend von den drei periodischen Einphasenwandlern A, B und C, wählbar ist.
4. 4. Ein statischer Frequenzwandler gemäß Anspruch 2 oder 3, in dem die Leiter, die jeweils mit den gesteuerten, jede der Graetz-Brücken bildenden Halbleiterelementen verbunden sine, aus einer Anzahl hohler Mehrrohreiesiente bestehen, die von einem Kühlmittel durchflossen werden und ein mittleres Hohlelement sowie drei voneinander isolierte Hohlelemente umfassen und in Umfangsrichtung derart angeordnet sind, daß sie einen ersten, das zentrale Kohlelement umgebenden Ring sowie drei miteinander elektrisch verbundene weitere Kohlelemente bilden, die in Umfangsrichtung derart angeordnet sind, daß sie einen den ersten Ring umgebenden zweiten Ring bilden,

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   wobei die gesteuerten Halbleiterelemente in dem zwischen dem nixtleren Hohlelement und dem ersten Ring vorhandenen Raum sowie zwischen den ersten und dem zweiten Ring angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, daß leitende Flächen 1 bis 9 an den Wänden der hohlen Mehrrohrelemente, die die ersten und die zweiten Ringe bilden, vorgesehen sind und daß die Schaltvorrichtung 16 einen Satz ■beweglicher Bürsten Sl bis S6 umfaßt, die den Kontakt zwischen, den Wänden und die elektrische Verbindung zwischen den ausgewählten leitenden Flächen herstellen.
5. 5. Ein statischer Frequenzwandler gemäß Anspruch

   4, dadurch gekennzeichnet, da3 die Bürsten Sl bis S6 in Kammern 23 untergebracht sind, die innerhalb der Hohleler.ante liegen, welche den oben erv/ähnten zweiten Ring bilden und nach innen in Richtung auf die periphere Außenv/and der den ersten Ring bildenden Hohlelemente offen sind.
6. 6. Ein statischer Frequenzwandler gemäß Anspruch

   5, dadurch gekennzeichnet, daß die Bürsten Sl bis S6 aus leitenden Metalldrähten bestehen und daß als Kühlmittel eine Flüssigkeit verwendet wird.
7. 7. Ein statischer Frequenzwandler gemäß Anspruch

   6, dadurch gekennzeichnet, daß er Mittel umfaßt, die den Umlauf des Kühlmittels auf den Bürsten bewirken.
8. 8. Ein statischer Frequenzwandler gemäß Anspruch

   7, gekennzeichnet durch Mittel, welche den Umlauf des Kühlmittels in den Kammern 23 in Umlauf richtung bewirken.

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